[发明专利]一种基于改进振动分离的非互质齿比行星轮故障检测方法

说明书

本发明公开了一种基于改进振动分离的非互质齿比行星轮故障检测方法，包括步骤：(1)同步采集行星齿轮箱振动信号和转速脉冲信号，根据转速脉冲信号实现对振动信号的标记和多齿啮合数据段的提取，(2)根据一定的映射重构方法，对提取的数据段进行映射和重构，(3)对重构的数据向量进行时域同步平均处理获得被时变路径调制的振动向量，(4)构建时变传递函数，利用时变传递函数对时变路径调制的振动向量进行补偿，获得最终振动分离向量，得出故障检测结论。本发明能够有效实现对非互质比行星轮系的故障检测和故障定位，只需利用单个振动传感器，操作简便、经济实用，具有较强的应用价值。

技术领域

本发明涉及旋转机械健康检测和故障诊断技术领域。

背景技术

行星齿轮箱系统具有结构紧凑、承载能力强和减速比高等优点，因此在工业、民用和军用等领域得到广泛应用，例如矿用机械、数控机床、风力涡轮机、船用齿轮箱、汽车变速箱、直升机等。在使用过程中，由于较高的工作负载、严苛的工作环境和不可避免的疲劳，齿轮会逐渐产生故障。如果齿轮故障不能及早检测出来，齿轮的健康状态会逐步恶化，甚至造成严重的经济损失和重大灾难。

齿轮箱振动信号中蕴含着丰富的设备健康状态信息，信号特征与复杂设备中的零部件运行状态有对应关系，行星齿轮箱上采集的振动信号非常复杂：首先，行星轮在围绕太阳轮公转时也会做自转运动，安装在箱体表面的振动传感器与齿轮啮合副之间的传递路径是随时间变化的；此外，多个行星轮会同时跟内齿圈以及太阳轮啮合，多个啮合副的振动信号相互耦合；行星齿轮箱的内部构造非常复杂，振动信号传递可以有多个不同路径。时变传递路径、多齿轮副的啮合耦合以及复杂的内部机械结构，让振动信号受到了复杂的幅值和相位调制。因此，很多在平行轴齿轮箱应用的故障特征提取方法无法在行星齿轮箱上直接使用。

对此，现有技术中有一些解决方案，例如，在中国专利文献CN103940607A和CN108362492A所公开的技术内容当中，利用单个振动传感器进行振动分离时，诊断的行星齿轮箱的齿圈齿数和行星轮齿数必须是互质齿比，不然无法完整提取出单个行星轮完整的啮合信号，面对非互质齿比的行星齿轮箱，无法有效进行故障诊断。

此外，现有的振动分离技术，只能应用在互质齿比的行星齿轮箱上，无法对非互质的行星齿轮箱的行星轮啮合信号进行完整的提取。因为行星轮齿数和齿圈齿数非互质齿比的情况下，行星轮是只有固定几个齿与内齿圈的某个齿进行啮合，固定在内齿圈外侧的单个振动传感器就无法提取所有行星轮齿的啮合信号。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，针对背景技术中存在的问题，提供一种基于改进振动分离的非互质齿比行星轮故障检测方法，对单个振动传感器采集的振动信号进行处理，通过构建时变传递方程的方法消除幅值调制的影响，实施振动分离技术获得单个行星轮的啮合信号，实现对非互质齿比的行星齿轮箱的轮进行故障检测和故障定位。

为此，本发明采用以下技术方案：

一种基于改进振动分离的非互质齿比行星轮故障检测方法，其主要步骤包括：

(1)同步采集行星齿轮箱振动信号和转速脉冲信号，根据转速脉冲信号实现对振动信号的标记和多齿啮合数据段的提取。

(2)根据一定的映射重构方法，将提取的数据段组合成新的数据向量。

(3)对重构的数据向量进行时域同步平均处理获得被时变路径调制的振动向量。

(4)构建时变传递函数，利用时变传递函数对时变路径调制的振动向量进行补偿，获得最终的振动分离向量。

进一步地，所述步骤(1)包含的具体流程为：

(1.1)同步采集振动信号和编码器脉冲信号，即采集卡在采样过程中对振动传感器和编码器采用相同的采样率。

(1.2)利用编码器脉冲信号对振动信号进行标记，即行星架每旋转一周，就将振动数据划分为一个数据块。